อะตอมและโครงสร้างอะตอม (ต่อ)

อาจารย์ได้บรรยายอย่างต่อเนื่องต่อมาอย่างน่าสนใจ

แบบจำลองอะตอมตามแบบของรัทเทอร์ฟอร์ดประสบความสำเร็จในหลายเรื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งภาพร่างเกี่ยวกับอะตอม ขนาดของอะตอม พลังงานที่ต้องใช้ในการโคจร แต่สิงที่ยังมีปัญหาและเริ่มนำไปสู่ความยุ่งยากของการอธิบายมากขึ้นก็มีไม่น้อยเช่น

ทำไมอิเลกตรอนที่มีประจุลบแล้ววิ่งก็วิ่งโค้งเป็นวงกลมรอบนิวเคลียสเนี่ยไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง และที่สำคัญ ถ้ามันเคลื่อนที่แบบนี้แล้วแผ่คลื่นแม่เหล้กไฟฟ้าออกมาพลังงานของอิเลกตรอนมันจะลดลงอยางรวดเร็ว ในที่สุดมันก็ต้องถูกผนวกเข้าเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสที่มีประจุบวก แต่จากสิ่งที่ปรากฏไม่น่าจะเป็นเช่นนั้น

กลายเป็นว่าคำอธิบายของรัทเทอร์ฟอร์ดมองเผินๆ แล้วกลับไปโต้แย้งทฤษฎีคลื่นแม่เหล้กไฟฟ้าของแมกเวลล์เข้าอย่างจัง การจะที่จะงดใช้ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์กับการอธิบายโมเดลอะตอมตามแบบรัทเทอร์ฟอร์ด ก็เป็นการกระอักกระอ่วนใจพอสมควร

อาจารย์เว้นช่วงของการอธิบายโมเดลของอะตอมมาอธิบายการค้นพบสเปกตรัมของไฮโดรเจน ซึ่งยาวพอสมควร แต่สรุปได้ว่า มีการทดลองหาสเปกตรัมของไฮโดรเจนอะตอมออกมา คนที่วัดความยาวคลื่นได้ชื่อว่า อังสตรอม เมื่อวัดได้แล้ว คนที่พยายามวัดและทำอนุกรมจากการทดลองได้คนแรกก็คือ บาลเมอร์ ก็มาก็เป็นริดเบอร์ก ทำสมการอธิบายเป็นอนุกรมออกมา

ต่อมาก็มีคนวัดอนุกรมอื่นๆ ที่นอกเหนือไปจากอนุกรมของาบาลเมอร์ได้อีกและเป็นไปตามอนุกรมที่ริดเบอร์กทำไว้ทุกประการ แต่ก็ไม่มีใครอธิบายได้ ว่าทำไมมันเป็นอย่างนั้น สมการที่ว่านี้คือ

1/λ = R( 1/n_f² - 1/n_i²) 

แบบจำลองอะตอมของโบร์

Niels Bohr (1913) ได้เสนอสมมติฐานดังนี้

1. e จะวิ่งวนอยู่รอบๆ นิวเคลียสได้โดยไม่ปล่ออยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า(โฟตอน)ออกมา สถานะเช่นนี้เรียกว่า stationary state
2. e ที่วิ่งวนอยู่ใน stationary state เหล่านี้ จะมี angular momentum หรือ L เป็นจำนวนเต็มของ h_bar โดย h_bar = (h/2π) โดย n = 1,2,3,...
3. เมื่อ e เปลี่ยนวงโคจรจากระดับพลังงานสูง-->ต่ำ จะมีการแผ่ผลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และเมื่อให้พลังงานแก่อะตอม พลังงานที่ให้ไปนี้จะทำให้ e เปลี่ยนวงโคจรจากระดับพลังงานที่ต่ำไปยังระดับพลังงานที่สูงได้

คำอธิบายของโบร์ค่อนข้างจะแปลก เพราะเป็นการผสมผสานระหว่างกลศาสตร์ยุคเก่า กับแนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัม แต่ที่สำคัญคือมันสามารถอธิบายสมการอนุกรมของริดเบอร์กได้ หรือได้นัยหนึ่งก็คือ มันไปสอดคล้องกับการทดลองสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนทุกประการ ก็เท่ากับอธิบายอะตอมของไฮโดรเจนนั่นเอง

เบรก.....